Many-body theory explored optical properties of selected 2D group II-VI monochalcogenides
İki boyutlu seçilmiş grup II-VI kalkojenitlerin optik özelliklerinin çoklu-cisim teorilerine dayanan incelenmesi
- Tez No: 764001
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 126
Özet
İki boyutlu (2B) metal oksitler (MO'lar) ve metal kalkojenitler (MCh'ler), yeni ortaya çıkan 2B malzeme sınıflarıdır. Bileşenlerine bağlı olarak, bu malzemeler, güneş pilleri ve şeffaf devreler gibi birçok aygıt uygulamasında onları umut verici adaylar haline getiren çeşitli elektronik ve optik özellikler gösterebilirler. II-VI'nın ikili grafen benzeri yapıları, 2B MO'ların ve MCh'lerin en basit yapılarıdır. Bu tez çalıçmasında bunların arasından seçilen 2B yapıların (BeO, BaTe, CdO,CaO, CaS, MgO, SrS, SrSe ve ZnO) elektronik ve optik özelliklerini sistematik olarak inceledik. Bu malzemelerin dinamik kararlılıkları önceki çalışmalarda rapor edilmiştir. 2B yarı iletkenlerde eksitonik etkiler optik özelliklerde baskındır. Bu tür özelliklerin teorik olarak araştırılması, standart yoğunluk fonksiyonel teorisinin ötesinde çoklu cisim yaklaşımlarının kullanılmasını gerektirir. Elektronik bant yapısını hesaplamak için tekli GW yaklaşımı kullandık ve eksitonik etkileri dikkate almak için Tamm-Dancoff yaklaşımında Bethe-Salpeter denklemini çözdük. Sonuçlarımız, ZnO ve CdO dışındaki tüm yapıların dolaylı bant aralıklarına sahip olduğunu göstermektedir. Ayrıca, dikkate alınan yapılar, CdO'da 0.72 eV ile BeO'da 2.84 eV arasında değişen büyük eksiton bağlanma enerjilerine sahiptir. CdO, 1.43 eV değeri ile hesaplanan en küçük optik bant aralığına sahiptir. Optik soğurma spektrumlarının analizi, CdO'nun optik bant aralığında gelen ışığın %7.9'unu emileceğini ortaya koymaktadır. En yüksek soğurma, ultraviyole bölgesinde gelen ışığın %28'ini soğurabilen BeO'da görülür. Yukarıda bahsedilen yapılar arasında, ZnO ve MgO'nun örgü sabitleri arasında, yanal ve dikey heteroyapılar oluşturmayı vaat eden yakın bir eşleşme vardır. Bireysel tek tabakaların farklı özelliklerinin karıştırılmasından kaynaklanan gelişmiş performans nedeniyle, van der Waals heteroyapıları (vdWH'ler), şu anda üretilmiş veya tahmin edilen çok sayıda 2B malzeme arasında devrim niteliğinde bir sınıf olarak kabul edilir. vdWH'lerin yanı sıra, son çalışmalar, katmanlar arası bağlanma ile 2B heteroyapılar bildirmiştir. Dikey heteroyapıların gelişen özelliklerinden motive olarak, ZnO/MgO yapılarının mekanik, elektronik ve optik özelliklerini dört farklı istiflemede kapsamlı bir şekilde inceledik. Yapısal gevşeme, iki vdWH'yi ve katmanlar arası bağlanmaya sahip iki yapıyı gösterir. Dikkate alınan tüm yapılar mekanik olarak kararlıdır. Ek olarak, fonon dağılım eğrileri, Mg atomunun ZnO katmanının O atomunun üstüne yerleştirilmesiyle oluşturulan AB istifinin de sıfır sıcaklıkta dinamik olarak kararlı olduğunu göstermektedir. Zn atomunun s orbitali, bu yapıların ilk iletim bandının kenarını oluşturur. Optik soğurma spektrumları, güçlü eksitonik etkilerin optik bant aralığını görünür ışık spektrum aralığına indirdiğini ve tüm yapıların gelen ışığın yaklaşık %8'ini soğurabildiğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Two-dimensional (2D) metal oxides (MOs) and metal chalcogenides (MChs) are emerging classes of 2D materials. Depending on the constituent elements, these materials can display various electronic and optical properties making them promising candidates in many device applications, such as solar cells and transparent circuits. Binary graphene-like structures of II-VI are the most straightforward structures of 2D MOs and MChs. We systematically examined the electronic and optical properties of selected 2D structures from this category: BeO, BaTe, CdO, CaO, CaS, MgO, SrS, SrSe and ZnO. The dynamical stability of these materials has been reported in previous studies. In 2D semiconductors, excitonic effects dominate the optical properties. Theoretical investigation of such phenomena requires employing many-body approaches beyond standard density functional theory. We utilized a single shot of GW approximation to predict the electronic band structure and solved the Bethe-Salpeter equation in the Tamm-Dancoff approximation to consider excitonic effects. Our results show that all structures possess indirect band gaps except ZnO and CdO. Furthermore, the considered structures have large exciton binding energies ranging from 0.72 eV in CdO to 2.84 eV in BeO. CdO has the smallest calculated optical band gap with a value of 1.43 eV. Analyzing the optical absorption spectra reveals that the CdO can absorb 7.9 % of the incident light in its optical band gap. The maximum amount of absorption appears in BeO, which can absorb 28% of incident light in the ultraviolet region. Among the structure mentioned above, there is a close matching between the lattice constants of ZnO and MgO, promising for creating lateral and vertical heterostructures. Due to the enhanced performance resulting from mixing distinct properties of individual monolayers, van der Waals heterostructures (vdWHs) are regarded as a revolutionary class among a plethora of presently fabricated or predicted 2D materials. Alongside vdWHs, recent studies have also reported 2D heterostructures with interlayer bonding. Motivated by the flourishing properties of vertical heterostructures, we comprehensively examined the mechanical, electronic and optical properties of ZnO/MgO structures in four different stackings. Structural relaxation has indicated two vdWHs and two structures with interlayer binding. All considered structures are mechanically stable. In addition, phonon dispersion curves show that the AB stacking formed by placing the Mg atom on top of the O atom of the ZnO layer is also dynamically stable at zero temperature. The s orbital of Zn atom dominates the minimum of the first conduction band of these structures. The optical absorbance spectra show that strong excitonic effects reduce the optical band gap to the visible light spectrum range, and all structures can absorb around 8% of incident light.
Benzer Tezler
- Mimari çizimin görünmeyen içeriği ve eylemselliği
The hidden and actional context of architecturaldrawing
ÇAĞIN TANRIVERDİ ÇETİN
Doktora
Türkçe
2020
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FAZİLET YURDANUR DÜLGEROĞLU
- Tıp fotoğrafçılığı ve tıptaki uygulamaların fotoğraf sanatında kullanımı
Medical photography and using medical practice in photographic art
AHMET REMZİ TÜLÜCE
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Güzel SanatlarMarmara ÜniversitesiFotoğraf Ana Sanat Dalı
PROF. BARBAROS GÜRSEL
- Nano yapılı malzemelerin mekanik, elektronik ve kimyasal özellikleri
Mechanical, electrical and chemical properties of nanostructured materials
MİNE KONUK ONAT
Doktora
Türkçe
2015
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MERYEM SONDAN DURUKANOĞLU FEYİZ
- Batılılaşma dönemi Türk resminde beden ve temsil sorunları çerçevesinde kadın figürü
The female figure in the frame of problems of body and reflection in Turkish art during westernalization period
SEÇİL SÖYLEYİCİ KANTAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Güzel SanatlarAnadolu ÜniversitesiSanat Bilimi Ana Bilim Dalı
PROF. MÜMTAZ SAĞLAM
- Descartes'da epistemolojik özneden ahlaki özneye
From epistemological to moral agent in descartes
SELİN TUNÇER